Date post: | 04-Jan-2015 |
Category: |
Documents |
Upload: | nohemi-de-gracia |
View: | 1 times |
Download: | 0 times |
INSTITUTO DEINVESTIGACIONESELECTRICAS
Division Energías AlternasCuernavaca, Mor. MEXICO
INSTITUTO DEINVESTIGACIONESELECTRICAS
SISTEMAS HÍBRIDOS CON CELDAS DE SISTEMAS HÍBRIDOS CON CELDAS DE COMBUSTIBLECOMBUSTIBLE
Ulises Cano Castillo
Programa de Hidrógeno y Celdas de Combustible.
INSTITUTO DEINVESTIGACIONESELECTRICAS
1.- ¿Qué es una Celda de Combustible?
Generador de energía eléctrica
2.- ¿Cómo opera?
Convierte energía química en eléctrica sin combustión
3.- ¿Qué características generales tiene?
Operación continua, muy eficiente, limpia, silenciosa
combustible aire
aguacalor
H+ OH-
INSTITUTO DEINVESTIGACIONESELECTRICAS
Principio de Operación
combustible
aire
aguacalor
H+ OH-
conductoriónico
ánodo cátodo
e- e-
o-
HH22
OO22
H2O
Programa de Hidrógeno y Celdas de CombustibleG. de Energás No Convencionales, Cuernavaca, Mor. MEXICO
INSTITUTO DEINVESTIGACIONESELECTRICAS
Máquinas de Combustión interna
Energía Química E. Calorífica E. Mecánica E. Eléctrica
ciclo de Carnot ( 30%)
Celdas de Combustible
Energía Química E. EléctricaG ( 83%), NO hay combustión
...eficiencia
INSTITUTO DEINVESTIGACIONESELECTRICAS
CAPACIDADES Y ESTADO DE DESARROLLO
Potencia Tipo de Aplicación
Ejemplos Tecnología Observaciones
< 1kW
básica estacionaria
yportátil
iluminación,refrigeración,bombeo,radio comunicación,telefonía celular,
PEMCampo de acción
viable
1kW – 10kW estacionaria
uso residencial,estaciones de trabajo y PC´s,UPS, equipo digital
PEM / SOFCCampo de acción
viable, principalmente usando tecnología PEM
10kW – 250kW
estacionaria (generación distribuida) y transporte
Pequeñas comunidadesComercial como oficinas, bancos yhospitalesAutos y autobuses
PAFC / PEM/ SOFC
Campo de acción viable mediante
proyectos demostrativos
250kW – 1MWestacionaria (generación distribuida)
residencial,comercial,industrial
SOFC / MCFC
Tecnología menos desarrolladas
> 1MWestacionaria - gen. dist. y centralizada
Cualquier usoSOFC / MCFC
Tecnología menos desarrolladas
INSTITUTO DEINVESTIGACIONESELECTRICAS Costos
US $3,000/kW
$1,500/kW
$1,000/kW
INSTITUTO DEINVESTIGACIONESELECTRICAS
INSTITUTO DEINVESTIGACIONESELECTRICAS HIDRÓGENOHIDRÓGENO
Programa de Hidrógeno y Celdas de CombustibleG. de Energás No Convencionales, Cuernavaca, Mor. MEXICO
Propiedades H2 CH4C3H8
Bajo valor calorífico
(kJ/kg)
119,972
50,020
46,350
Alto valor calorífico (kJ/kg)
141,890
55,530
50,410
Densidad(kg /m3)
0.0838
0.7175
2.011
Temperatura de ignición en aire
(°C)
530 645 510
Límites de ignición en aire
(vol-%)
4.1-72.5
5.1-13.5
2.5-9.3
Máxima velocidad de flama (cm/s)
346 43 47
INSTITUTO DEINVESTIGACIONESELECTRICAS
Tamaño de instalación
(millones Nm3/d)
Referencia
Inversión de capital
(USD/GJ)
Precio del hidrógeno(USD/GJ)
Grandes instalaciones(gas natural)
2.86.75
[10][13]
2.9530.97
20.624.5
Pequeñas instalaciones(gas natural)
0.096
[12]
31.88
28.7
ElectrólisisFotovoltaico0.195 (2000)0.209 (2010)
[5][5]
485.8242
41.824.8
ElectrólisisEólica
0.247 (2000)0.279 (2010)
[5][5]
158.692.5
20.211.0
COSTOS DE PRODUCCIÓNCOSTOS DE PRODUCCIÓN
Programa de Hidrógeno y Celdas de CombustibleG. de Energás No Convencionales, Cuernavaca, Mor. MEXICO
INSTITUTO DEINVESTIGACIONESELECTRICAS ELECTRÓLISISELECTRÓLISIS
HH22OO22H2O ++
Almacenamiento para periodos largos = económico E. renovablesAlmacenamiento para periodos largos = económico E. renovables
INSTITUTO DEINVESTIGACIONESELECTRICAS
INSTITUTO DEINVESTIGACIONESELECTRICAS
Programa de Hidrógeno y Celdas de CombustibleG. de Energás No Convencionales, Cuernavaca, Mor. MEXICO
COSTOS DE ALMACENAMIENTO DE HIDRÓGENOCOSTOS DE ALMACENAMIENTO DE HIDRÓGENO
Sistema de almacenamiento/ tamaño
(GJ)
Costos de almacenamiento
(USD/GJ)Gas comprimido
Periodo corto de almacenamiento(1-3 días) 1 31
Periodo largo de almacenamiento(30 días) 3,900
4.21
36.93
Hidrógeno líquidoPeriodo corto de almacenamiento
(1-3 días) 131Periodo largo de almacenamiento
(30 días) 3,900
17.12
22.81
Hidruros metálicosPeriodo corto de almacenamiento
(1-3 días) 131 a 130,600Periodo largo de almacenamiento
(30 días) 3,900 a 3.9 millones
2.89 a 7.46
205.31
INSTITUTO DEINVESTIGACIONESELECTRICAS
Característica de sistemas de almacén
vía hidrurosDescripción
SeguridadEl hidrógeno se almacena como un metal sólido a
baja presión
CompactaMás eficiente en términos
del volumen que gas comprimido ó líquido
Alta purezaPurifica el hidrógeno a
niveles tipo cromatografía de gases y otras
aplicaciones ultrapurasPortabilidad Ideal para aplicaciones
remotas
Vida útilEl hidrógeno puede ser
cargado y descargado más de 100,000 veces
CARACTERÍSTICAS GENERALES DE HIDRUROSCARACTERÍSTICAS GENERALES DE HIDRUROS
Programa de Hidrógeno y Celdas de CombustibleG. de Energás No Convencionales, Cuernavaca, Mor. MEXICO
INSTITUTO DEINVESTIGACIONESELECTRICAS
Capacidad de almacenamientode hidrógeno
Densidad de energía
Medio dealmacenamiento
%en peso
kg/l MJ/kg MJ/L
Hidruros metálicos
MgH2
MgH2NiH4
FeTiH2
LaNi2H7
7.603.161.751.37
0.1010.0810.0960.089
9.94.52.51.9
14.311.513.612.6
Hidrógeno líquido
100 0.070 141.9 10.1
Gas comprimido1470 psi2000 psi6000 psi
100100100
0.0080.0110.037
141.9141.9141.9
1.11.65.2
DENSIDAD ENERGÉTICADENSIDAD ENERGÉTICA
Programa de Hidrógeno y Celdas de CombustibleG. de Energás No Convencionales, Cuernavaca, Mor. MEXICO
INSTITUTO DEINVESTIGACIONESELECTRICAS
H2
Sistema FVSistema FV
electrolizadorelectrolizador
acondicionamientoacondicionamientocelda decelda decombustiblecombustible
hidrógenohidrógeno
aireaire
CONCEPTO SOLAR-HIDRÓGENO-PEMCONCEPTO SOLAR-HIDRÓGENO-PEM
INSTITUTO DEINVESTIGACIONESELECTRICAS
Celda MCFC, a gas de un relleno sanitario
...otras fuentes renovables
INSTITUTO DEINVESTIGACIONESELECTRICAS
INSTITUTO DEINVESTIGACIONESELECTRICAS
Programa de Hidrógeno y Celdas de CombustibleG. de Energás No Convencionales, Cuernavaca, Mor. MEXICO
Almacenamiento de energía en sistemas híbridosAlmacenamiento de energía en sistemas híbridos
Baterías plomo-ácidoBaterías plomo-ácido
Bajo costo de inversiónBajo costo de inversiónProfundidades de descarga variableProfundidades de descarga variableReguladores de voltajeReguladores de voltajeRecargablesRecargables
Alto costo en su ciclo de vidaAlto costo en su ciclo de vidaDisposiciónDisposición
HidrógenoHidrógeno
Reducir costos del ciclo de vida (20-40%)Reducir costos del ciclo de vida (20-40%)Reduce impactos ambientalesReduce impactos ambientalesEstrategías p/almacén de energía plazos mayoresEstrategías p/almacén de energía plazos mayores
INSTITUTO DEINVESTIGACIONESELECTRICAS
INSTITUTO DEINVESTIGACIONESELECTRICAS
Programa de Hidrógeno y Celdas de CombustibleG. de Energás No Convencionales, Cuernavaca, Mor. MEXICO
INTEGRACIÓN DEL SISTEMAINTEGRACIÓN DEL SISTEMA
intermitencia
INSTITUTO DEINVESTIGACIONESELECTRICAS
Característica Especificación
Volumen Almacenado
2,550 litros
Presión de descarga
30 psig en aire ambiental
250 psig en agua calienteVelocidad de flujo
máxima28 l/min (1 ft3/min)
Tiempo de recarga 4 h en aire ambiental45 min en agua a
20CMaterial del contenedor
Acero inoxidable (cuerpo y válvula)
dimensiones 61cmx30.5cmx7.6cm
peso 36 kg
sobrepresión Válvula de escape yDisco de rapto
SIST. DE ALMACEN. ESPECIFICACIONESSIST. DE ALMACEN. ESPECIFICACIONES
Programa de Hidrógeno y Celdas de CombustibleG. de Energás No Convencionales, Cuernavaca, Mor. MEXICO
1.5 hrs
1m3 = 1.6kW
6.12 kWh
0.014m3
INSTITUTO DEINVESTIGACIONESELECTRICAS
potencia
Curva caracteristica de una celda de combustible
INSTITUTO DEINVESTIGACIONESELECTRICAS
INSTITUTO DEINVESTIGACIONESELECTRICAS
Programa de Hidrógeno y Celdas de CombustibleG. de Energás No Convencionales, Cuernavaca, Mor. MEXICO
RETOS Y MOTIVACIONESRETOS Y MOTIVACIONES
Ganar experiencia operativaGanar experiencia operativaEvaluar costos ciclos de vidaEvaluar costos ciclos de vidaReducir costos de capitalReducir costos de capitalDesarrollo de electrolizadores para CDDesarrollo de electrolizadores para CDSistemas de ControlSistemas de Control
Fuentes renovables + tecnologías avanzadas (almacenamiento)Fuentes renovables + tecnologías avanzadas (almacenamiento)Aumento en confiabilidadAumento en confiabilidadReducción en consumo de combustibleReducción en consumo de combustiblealtos costos por transporte de combustiblealtos costos por transporte de combustibleFuentes renovables disponiblesFuentes renovables disponiblesSistemas totalmente renovablesSistemas totalmente renovables